Методика расчета МБ первой тарелки абсорбционной колонны в производстве азотной к-ты
Переработка NOХ осуществляется в многотарельчатой абсорбционной колонне. Расчёт числа тарелок ведётся по методике «от тарелки к тарелке» до достижения общей заданной степени поглощения NOХ или до достижения заданной концентрации NOХ в газе на выходе из колонны.
Цель: 1) определение состава нитрозного газа на выходе из 1-й тарелки; 2) определ-е массы и концентрации к-ты, стек-й с вышерасполож-й тарелки.
Исх д.: 1) сост. НГ после смеш-я с добав-м возд. на вх в кол (NO-1,109%; NO2-5,013;O2 - 5.037; H2O - 0,853; N2 - 87,915; HNO3 - 0,073). 2) Ø абс кол, 3,2м; 3) Р НГ на вх в кол 6,64ата=0,613МПа; t НГ в объеме над 1 тар 60С; t пенного слоя над тар 40С; 4). V окисл-го простр. под 1 тар 4,6м3; 5). Н перелива тар 0,15м; Ø отв-й 2,2мм; шаг 10мм; живое сеч-е 5%; 6). Конц. прод-ой АК, покид-ей 1 тар 58%мас. Расчет: 1) объем. скор. НГ в окисл-м простр. под 1 тар-й: PV/T=P0V0/T0 след-о: V= TP0V0/T0P, м3/с; 2) t преб-ия НГ в окисл-м простр.: t=Vок/V, Vок–объём окислительного пространства 3 ) линейная скор. г. в своб сеч-ии: n/=V/S, м/с 4) Степ окисл. NO, a, доли ед при прох-ии НГ окисл-го V за время t. Восп-ся ур-ем t*k*a2P 2 =(a/(g-1)*(1-a))+(1/(g-1)2)*ln(g(1-a)/g-a) где a-степ. окис-я NO, д.ед; t-вр. окис-я,с; k- конст. скор. р-ии, 1/%об2*с; a-нач половинная кон-я NO, %об; Р-общ. давл газа., атм; g=b/a, b-отнош. конц. O2 в г. к полов-й конц. NO. Знач. k прив-ы в табл, a=0,555%об, Р=6,64атм, g=9,08. Подст-м в ур-е, выч-м лев часть ур-я. Решен. ур-я яв-ся такое знач. a, при кот прав.ч=лев.ч. Опр-м приблиз. знач. a, исп-я диагр. Коржавина. Прин-м a=0,36. Опр-м точное знач. a. Подст a в области 0,36. В пр.ч. ур-я устанавл., что п ч = л ч при a (рассч-м с точ-ю до 0,001). 5) рас-ем изм. сост. г.: 2NO+O2Û2NO2. Окислось NO: кол-во кмоль=(исх д.)*a. Ост-сь: кол-во кмоль (исх д.)-кол-во кмоль окисл-го по р-ии. Стало NO2 кол-во кмоль (исх д.)+ кол-во кмоль NO окисл-го по р-ии. Ост-сь O2 кол-во кмоль (исх д.)-0,5*кол-во кмоль окисл-го по р-ии. 6) Вычисляем состав НГ на входе из окислительного пространства, т.е. на входе на тарелку №1, %об.
7) нитрозность и степ. окисления NOх на входе на 1 тар-у: СNox= СNo+ СNo2. β-степ. окисл-ти: β’ = СNo2/ СNox, где СNo, СNo2 концентрации NO и NO2,%об. Рас-ли пр-сс в окисл-ом V под тар 1. Перех-м к расчету на тар. 8) рас-ем част-ю конст. равн. К1=PNO/P3NO2 из ур-я где k 1 – в атм.-2; t – температура, оС; 10) Равн-е парц Р NO2 над 58%-й к-той по ур-ю 3К1*х3+2х2/ К3+х=3a+b+2c где a, b, c – парциальные давления компонентов в исходном газе; х – конечное или равновесное парциальное давление NO2. 11) общ. парц Р NOх в сост. равн-я в г. над тар 1: Рр=РNO+2PN2O4+PNO2, Рр=3К1*х3+2х2/ К3+х. 12) теор-е ум. парц Р NOх вслед-и их частичн. превр-я в HNO3 на тар 1 сост-ет: DРт=Рнач-Рр, где Рн,Рр-парциальное давление Nox на входе и на выходе из неё,ат. 13) КПД расс-ся по ф-ле h=(8,73*Р0,15*СNOх0,1*b0,4*Н0,15* СHNO30,1/W0.26*d0.15*S0.13*T0.87). где Р-общ. давление газа, атм; СNOх-общ. конц. NOх в НГ на входе в тарелку, % об; b-степ. окисл-ти NOх, доли ед; Н- высота перелива жид. на тар, м; СHNO3-конц. HNO3,% мас; W-скор. газа в полом сеч-е к-ны, м/с; d -диаметр отв-й ситч. тар, м; S-доля своб сеч. тар, д.ед; Т-темп-ра рас-ра на тар, К. 14) Практ. уменьшение парц давл NOх DРпр=h*DРт. 15) парц Р NOх умен-ся за счет того, что NO2(г) превр-ся в HNO3(ж), согл-о р-ии 2NO2(г)+ NO2(г)+ H2O(ж)<=>2HNO3(ж)+NO(г), ΔН= -136,2кДж из чего вытек-т, что кол-во NO2, превр-ся в HNO3=кол-ву образ-ся HNO3. Выч-м кол-во NO2, превр-ся в HNO3, кмоль: nзатNO2=nвхNOх* DРпр/Рнач=(nвхNO+ nвхNO2)* DРпр/Рнач, где: nвхNO2, nвхNOх, nвхNO – количество NO2,NOx, NO на входе в тарелку, кмоль. Кол-во образ-ся HNO3: nHNO3=nNO2 кмоль. 16) кол-во NO2, затрат-ся на кислотообр-е по р-ии 3NO2г+H2Oж=2HNO3г+NOг:
Этот состав газа является исходным для расчёта тарелки №2 18) Расс-м да НГ после тар 1: Согласно практических данных сопротивление тарелки №1 равно 0,01 атм. Тогда давление НГ после тарелки №1 будет: 6,64-0,01=6,63 атм. Расчёт концентрации НNO3, стекающей с тарелки №2 Концентрация кислоты, стекающей с вышерасположенной тарелки является одной из исходных величин при расчёте этой тарелки 19) Масса НNO3 в продукционном 58%-ном растворе НNO3 составляет 14,8 т/ч, т.е. 14800 кг/ч 20) Кол-во HNO3 в прод-м р-ре: 14,8/М(моляр m АК)= 234,88 кмоль. 21) m воды в прод-м 58% р-ре к-ты: 14800 кг НNO3 соответствует 58 % х кг Н2О....................................42 % х=10717 кг. 22) Кол-во воды в прод-м р-ре: 10717/18,01(мол масса воды)=595,07. 23) Кол-во HNO3, стекающем в раст-ре со 2 тар.: кол-во HNO3 в прод-м р-ре (дей-е 20)-(дей-е 15). 24) Кол-во H2O, пош-е на обр-е кмоль HNO3 (дей-е 15) на 1 тар согл-о стех-и р-и: 0,5*кмоль HNO3 (д-е 15). 25) Кол-во воды в раст-ре, стек-м со 2 тар: 595,07 (д-е 22)+Кол-во H2O, поше на обр-е кмоль HNO3 (д-е 24). 26) Массы HNO3 и H2O в р-ре, стек-м со 2 тар: HNO3 (д-е 23)*63,01 H2O (д-е 25)*18,01. 27) Мас конц. HNO3 в раст-ре, стек-я со 2 тар: (дей-е 26 HNO3)*100/(дей-е 26 HNO3)+ (д-е 26 H2O). 28)
Сводная таблица МБ тарелки №1
|
- %масс. Расчет в инт-ле t 20-80С и СHNO3=40-70% масс.Выполн-ся зав-ть lgK1 от t,С и СHNO3. 9) Расс-м К3= PNO22/ PN2O4 из ур-я зав-ти 
где pi – парциальное давление, атм.; Т температура, К.
, кмоль. Кол-во образ-ся вторич. NO по р-ии 0,5 *nHNO3 кмоль; кол-во NO2 и NO в г. после 1 тар: NO2 кол-во NO2 на вых из окисл-го V, т.е. на вх в тар1 (дейст-е 6) - 1,5* nHNO3; NO кол-во NO (дейст-е 6) + 0,5* nHNO3 17) Рассчитываем состав газа на выходе из тарелки №1
- условие МБ
- уравнение МБ
